CHƯƠNG 7 đo tần số và góc LỆCH PHA

CHÖÔNG 7 ÑO TAÀN SOÁ VAØ GOÙC LEÄCH PHA 5.1. ÑO TAÀN SOÀ : 1.Khaùi nieäm chung : Moät tín hieäu dao ñoäng thöôøng ñöôïc bieåu dieãn : *Trong ñoù : x(t) = Xmax . Sin(t + ϕ) - x Xmax t ϕ T -Xmax Xmax : Bieân ñoä cuûa tín hieäu ω : Taàn soá goùc cuûa tín hieäu (ω.t + ϕ) : pha cuûa tín hieäu ϕ : Pha ban ñaàu * Chu kyø : (T) Laø khoaûng thôøi gian ngaén nhaát ñeå tín hieäu laäp laïi chieàu vaø trò soá ban ñaàu * Taàn soá : (f) Laø soá chu kyø trong moät giaây 1 f= T (Hz) 2. Phöông phaùp ño giaùn tieáp : •* Duøng caùc phaàn töû thuï ñoäng : •Caùc phaàn töû thuï ñoäng laø caùc phaàn töû maø trò soá cuûa chuùng thay ñoåi theo taàn soá. Thöôøng caùc tuï ñieän vaø cuoän caûm maãu. A fx Lm V XLm = fx = A U I U 2.π.I.Lm fx V Cm U I I fx = 2.π.U.Cm XCm = •* Duøng W.meùt, V.meùt, A.meùt : A fx W V fx = Lm (U/I)2-(Pw/I2)2 2.π.Lm Cm fx = 1/ 2.π.Cm. (U/I)2-(Pw/I2)2 3. Taàn soá keá coäng höôûng ñieän-töø (baûn rung) : Loõi theùp a. Caáu taïo : Thanh rung goàm moät nam chaâm ñieän coù cuoän daây quaán. Treân maïch töø hình chöõ U,moät mieáng Cuoän daây saét ñöôïc gaén chaët vôùi moät thanh rung, treân Laù rung thanh rung coù gaén caùc laù rung coù taàn soá dao ñoäng rieâng fo khaùc nhau, ñaàu caùc laù 47 48 49 50 51 52 rung coù gaén moät mieáng kim loaïi treân ñoù phuû moät lôùp chaát phaùt quang ñeå deã quan saét khi caùc laù rung dao ñoäng. b. Nguyeân lyù : Tín hieäu coù taàn soá fx caàn ño ñöôïc ñaët vaøo nam chaâm ñieän, töø tröôøng cuûa NCÑ seõ huùt mieáng saét moät löïc vôùi taàn soá fx taïo neân dao ñoäng laøm caùc thanh rung seõ rung. Laù rung naøo coù taàn soá fX = 2.f0 seõ rung vôùi bieân ñoää cöïc ñaïi. Caên cöù vaøo bieân ñoä cuûa laù rung maø suy ra f x caàn ño Taàn soá keá ñieän töø coù caáu taïo ñôn giaûn,reû vaø ñoä tin caäy cao nhöng giôùi Haïn ño heïp ( 45 ÷ 65 Hz ), sai soá ±1,5-2,5% vaø khoâng söû duïng ñöôïc Nôi coù ñoä rung lôùn vaø caùc thieát bò di chuyeån. 4. Taàn soá keá coäng höôûng loâ goâmeùt (tyû soá keá) : a. Taàn soá loâgoâmeùt ñieän ñoäng (saét ñieän ñoäng) : * Caáu taïo : Cuoän tónh A maéc noái tieáp vôùi cuoän ñoäng B2 noái tieáp vôùi caùc phaàn töû R2,L2,C2. Coøn cuoän ~Ufx ñoäng B1 maéc noái tieáp vôùi C1. * Nguyeân lyù : Caùc thoâng soá cuûa cuoän tónh A ,R2, L2, C2 vaø B2 ñöôïc choïn sao cho taïo ñöôïc coäng höôûng trong maïch coù taàn soá baèng gía trò trung bình cuûa daûi taàn caàn ño. 1 f20 = goùc quay cuûa tyû soá keá : 2π. L2.C2 B1 A Thang ño cuûa tyû soá keá khaéc ñoä theo taàn soá caàn ño Giôùi haïn ño khoaûng 50 ÷ 1500 Hz I2 C1 I1 R2 L2 C2 Ux (Hz) I1.cosψ 1 α =( ) = f(fx) I2.cosψ 2 B2 I=I2 I1 ψ2 ϕ2 I2 b. Taàn soá loâgoâmeùt ñieän töø : * Caáu taïo : - Cuoän daây A ñöôïc maéc noái tieáp vôùi R1, L1 - Cuoän daây B ñöôïc maéc noái tieáp vôùi R2, L2, C2. A Ufx B I2 R2 I1 L2 R1 C2 L1 * Nguyeân lyù : Vì caùc cuoän daây ñöôïc maéc vôùi caùc phaán töû coù ñaëc tính khaùc nhau vaø phuï thuoäc vaøo taàn soá neân doøng ñieän trong caùc nhaùnh seõ phuï thuoäc vaøo taàn soá I1 = Ufx/Z1 = f1(fx) Goùc quay cuûa tyû soá keá : I2 = Ufx/Z2 = f2(fx) α = f(I1/I2) = f(f1(fx)/f2(fx) = F(fx) Thang ño cuûa tyû soá keá khaéc ñoä theo taàn soá caàn ño giôùi haïn ño khoaûng 450 ÷ 550 Hz b. Taàn soá loâgoâmeùt töø ñieän : * Caáu taïo : - Cuoän daây thöù nhaát ñöôïc noái vôùi L1, C1 vaø maïch chænh löu - Cuoän daây thöù hai ñöôïc noái vôùi R2, vaø maïch chænh löu L1 C1 Ufx * Nguyeân lyù : - Doøng ñieän I1 seõ phuï thoäc vaøo taân soá : - Doøng ñieän I2 khoâng phuï thuoäc vaøo taàn soá D1 I1 D2 D1 I 1 = Ufx/Z1 = f(fx) I2 = Ufx/(r2+R2) = a Goùc quay cuûa tyû soá keá : α = I2 I1/I2 = f(fX)/a) = f(fx) Thang ño cuûa tyû soá keá ñöôïc khaéc ñoä theo taàn soá caàn ño R2 D2 5. Taàn soá ñieän töû : R1 a. Taàn soá keá ñieän dung ñoåi noái ñieän töû : - Khi khoùa K ôû vò trí soá 1. Tuï C ñöôïc naïp E ñeán ñieän aùp U1. - Khi khoaù K ôû vò trí soá 2. Tuï C phoùng ñieän qua chæ thò töø ñieän ñeán ñieän aùp U2. R2 fx 1 2 K Im C2 Ñieän löôïng maø tuï nhaän ñöôïc khi naïp q = C.(U1 – U2) Neáu khoùa K ñöôïc ñoùng môû baèng maïch ñieän töû vôùi taàn soá ñoåi noái laø f x cuûa Cuûa ñieän aùp ñieàu khieån noù thì ñieän löôïng qua chæ thò trong1s chính laø trung bình cuûa doøng phoùng cuûa tuï trong moät chu kyø. I = q.fx = C.(U1 – U2).fx = k.fx Thang ño chæ thò töø ñieän seõ khaéc ñoä theo taàn soá fx caàn ño b. Taàn soá keá ñieän dung chænh löu : Ñieän aùp Ufx coù taàn soá fx caàn ño ñöôïc ñöa vaøo boä taïo xung ñeå coù xung vuoâng coù taàn soá fx. Khi xung toàn taïi tuï ñieän ñöôïc naïp qua D1. C Ufx Taïo xung D2 D1 Khi khoâng coù xung, tuï ñieän seõ phoùng ñieän qua D2 vaø cô caáu ño töø ñieän. Goùc leäch cuûa chæ thò tyû leä vôùi doøng ñieän trung bình α = Si.I = Si.q.fx = Si.C.Um.fx = k.fx Thang ño chæ thò töø ñieän seõ khaéc ñoä theo taàn soá fx caàn ño 6. Taàn soá chæ thò soá : a. Sô ñoâ khoái : Ufx Boä vaøo Boä T.X fx K Ñ.K FXC Boä Chia f fx Boä ñeám Chæ thò Soá X f0 b. Nguyeân lyù : - Tín hieäu coù taàn soá caàn ño fx qua theáit bò ñaàu vaøo vaø boä taïo xung ñeå Coù caùc xung coù taàn soá fx vôùi bieân ñoä khoâng ñoåi vaø ñöa vaøo khoùa ñieän töû K. - Khi FXC qua ñieåm 0 laàn thöù 1, noù phaùt ra moät xung ra leänh cho maïch ñieàu khieån laøm vieäc, maïch ñieàu khieån seõ phaùt ra caùc xung môû khoùa K ñeå caùc xung coù taàn soá fx ñi vaøo boä ñeám, ñoàng thôøi noù cuõng phaùt ra moät xung ra leäch cho boä xoùa, xoùa heát caùc giaù trò treân boä ñeám vaø boä ñeám baét ñaàu ñeám töø 0 trôû ñi. - Khi FXC qua ñieåm 0 laàn 2 (xaùc ñònh thôøi gian Tño, noù phaùt ra moät xung taùc ñoäng ñeán ÑK. Maïch ÑK ra leänh cho K ñoùng laïi. Caùc xung treân boä ñeám seõ ñöôïc chæ thò treân boä ñeám. Soá xung maø maùy ñeám ñöôïc : N = Tx/Tño = k.To/Tx = k.fx/f0 N = fx Neáu thôøi gian ño Tño coù giaù tri Tño = 1s thì : Sai soá pheùp ño caøng nhoû khi fx caøng lôùn vaø caøng lôùn khi ño ôû caùc taàn soá thaáp. Ñeå khaéc phuïc sai soá naøy ngöôøi ta ño taàn soá theo PP f0 chu kyø f Boä Chæ thò 0 * Sô ñoâ khoái : FXC K ñeám Soá Ufx Ñ.K Boä vaøo X Boä T.X fx * Nguyeân lyù : Tín hieäu caàn ño qua boä vaøo ñeå taïo ra caùc xung coù chu kyø T x vaø ñöôïc vaøo boä ñieàu khieån ÑK ñeå ñoùng môû khoaù K. Thôøi gian khoùa K môû laø khoaûng thôøi gian Tx cuõng chính laø thôøi gian ño Tño. Khi K môû caùc xung coù taàn soá f0 töø FXC ñi vaøo boä ñeám vaø chæ thò Soá xung ñeám ñöôïc : N = Tx/To = fo/fx fx = fo/N 6. Ño taàn soá baèng phöông phaùp caàu ño : ( caàu Wien ) a. Sô ñoâ : b. Nguyeân lyù : Caàu caân baèng khi : Z1.Z3 = Z2.Z4 C3 R3 R1 Vôùi : - 1/Z1 = 1/R1 + j.ω.C1 - Z2 = R2 R4 R2 - Z3 = R3 – j/ω.C3 - Z4 = R4 R4.R1/(1 + j.ω.R1.C1) = R2.(R3 – j/ω.C3) Ta coù : R4/R2 = R3/R1 + C1/C3 + j.(C1.R3 – j/ω.R1.C3) R4/R2 = R3/R1 + C1/C3 ω.R3.C1 = 1/ω.R1.C3 ω = R1.R3.C1.C3 Neáu thöïc hieän ñöôïc : R1 = R3 = R vaø C1 = C3 = C Thì : fx = 1 / 2.π.R.C Khi C = const thì fX = k.(1/R) C1 Ñeå caàu ño ñöôïc deã caân baèng, thì daïng tín hieäu phaûi khoâng coù hoïa taàn. Ñieàu naøy coù theå thöïc hieän ñöôïc baèng caùch noái tieáp boä chæ thò khoâng cuûa caàu caân baèng baèng maïch loïc. Caáu “T” ñoâi (maïch loïc T ñoâi) fx Caàu caân baèng coù ñieàu kieän : ω 2.R22.C1.C2 = 2 2.ω 2X.C21.R1.R2 = 1 Sô ñoà caàu T ñoâi Khi R2 = 2.R1 vaø C2 = 2.C1 Thì : ω 2X = 1/ (2.C21.R1.R2) ω X = 1/ (2.C1.R1) = 1/ 2.(C21.2.R21) = 1/ 4.C21.R21 fX = 1/ (4.π.C1.R1) Phöông phaùp naøy coù theå ño taàn soá töø vaøi chuïc Hz ñeán vaøi traêm KHz vôùi sai soá töø (0,5 ÷ 1)% Sai soá naøy phuï thuoäc vaøo ñoä chính xaùc cuûa caùc phaàn töû vaø ñoä nhaïy cuûa boä phaän chæ thò caân baèng cuûa caàu. 7. Ño taàn soá baèng Dao ñoäng kyù : a. Phöông phaùp thôøi gian (chu kyø) : - Taàn soá fx ñöôïc ñöa vaøo truïc Y - Ñieàu chænh caùc nuùt ñieàu khieån cuûa DÑK ñeå treân OSC xuaát hieän daïng tín hieäu OPSILLOCOPE OSC fx Y X Tính chu kyø cuûa tín hieäu : Tx = Sx.n fx = 1/Tx Ví duï : -Sx : haèng soá ñoïc treân nuùt ñieàu chænh t/DIV hay t/cm - n : laø soá oâ hay soá cm - Sx : 1µs/oâ (cm) - n = 6oâ (6cm)                                                                                       Tx           Tx = 1µs.6cm/cm = 6µs fx = 1/Tx = 1/6.10-6 fx = 16,6.103 = 16,6 KHz b. Phöông phaùp ñöôøng saùng lisajiu : - Taàn soá fx ñöôïc ñöa vaøo truïc Y - Taàn soá fo ñöôïc ñöa vaøo truïc X - Treân OSC xuaát hieän moät ñöôøng saùng. - Ñieàu chænh taàn soá maùy phaùt f0 ñeå ñöôøng saùng oån ñònh. - Ñöôøng saùng seõ ñöùng yeân neáu taàn soá cuûa caùc tín hieäu chuaån f0 vaø caàn ño fx baèng nhau hay baèng tæ soá cuûa caùc soá nguyeân. - Keû truïc toïa ñoä X,Y caét ñöôøng saùng,ñeám soá giao ñieåm cuûa truïc toïa ñoä vôùi ñöôøng saùng. Ta coù : fx = Y X f0 fx = Y .f0 X OPSILLOCOPE OSC fx Y X Y X - X : Soá giao ñieåm cuûa ñöôøng saùng vôùi truïc X - Y : Soá giao ñieåm cuûa ñöôøng saùng vôùi truïc Y Ví duï : ôûÛ hình treân x=6 Y=4 f0 2 fx = .f0 3 c. Phöông phaùp queùt voøng : fx - Taàn soá f0 ñöôïc ñöa vaøo boä quay pha R,C ñeå coù hai ñieän aùp baèng nhau nhöng leäch pha nhau moät goùc 900. Hai ñieän aùp naøy ñöôïc ñöa vaøo caùc baûn cöïc Y, X - Treân OSC cuûa dao ñoäng kyù seõ xuaát hieän moät ñöôøng saùng coù daïng hình troøn. - Taàn soá fx ñöôïc ñöa vaøo cöïc ñieàu khieån saùng toái cuûa dao ñoäng kyù. - Treân OSC seõ xuaát hieän nhöõng vaïch saùng vaø toái xen keõ nhau. - Ñeám soá vaïch saùng hoaëc toái. Ta coù : f = m.f x OPSILLOCOPE OSC Y f0 C2 vaïch toái vaïch saùng 0 m : soá vaïch saùng hoaëc toái Ví duï : R2 X fx = 4.f0 5.2. ÑO GOÙC LEÄCH PHA : 1.Khaùi nieäm chung : Hai dao ñoäng coù taàn soá nhö nhau x1 = X1max . sin(t + ϕ 1 ) x2 = X2max . sin(t + ϕ 2 ) 2 Goùc leäch pha giöõa x1,x2 laø : ϕ = x1,x2 = ϕ 1 - ϕ 2 2. Phöông phaùp ño giaùn tieáp : Neáu: - ϕ=0 : X1 cuøng pha vôùi X2 - ϕ>0 : X1 nhanh pha hôn X2 - ϕ[...].. .Số xung mà máy đếm được : N = Tx/Tđo = k.To/Tx = k.fx/f0 N = fx Nếu thời gian đo Tđo có giá tri Tđo = 1s thì : Sai số phép đo càng nhỏ khi fx càng lớn và càng lớn khi đo ở các tần số thấp Để khắc phục sai số này người ta đo tần số theo PP f0 chu kỳ f Bộ Chỉ thò 0 * Sơ đô khối : FXC K đếm Số Ufx Đ.K Bộ vào X Bộ T.X fx * Nguyên lý : Tín hiệu cần đo qua bộ vào để tạo ra các xung có chu kỳ T x và được... 2.(C21.2.R21) = 1/ 4.C21.R21 fX = 1/ (4.π.C1.R1) Phương pháp này có thể đo tần số từ vài chục Hz đến vài trăm KHz với sai số từ (0,5 ÷ 1)% Sai số này phụ thuộc vào độ chính xác của các phần tử và độ nhạy của bộ phận chỉ thò cân bằng của cầu 7 Đo tần số bằng Dao động ký : a Phương pháp thời gian (chu kỳ) : - Tần số fx được đưa vào trục Y - Điều chỉnh các nút điều khiển của DĐK để trên OSC xuất hiện... OSC Y f0 C2 vạch tối vạch sáng 0 m : số vạch sáng hoặc tối Ví dụ : R2 X fx = 4.f0 5.2 ĐO GÓC LỆCH PHA : 1.Khái niệm chung : Hai dao động có tần số như nhau x1 = X1max sin(t + ϕ 1 ) x2 = X2max sin(t + ϕ 2 ) 2 Góc lệch pha giữa x1,x2 là : ϕ = x1,x2 = ϕ 1 - ϕ 2 2 Phương pháp đo gián tiếp : Nếu: - ϕ=0 : X1 cùng pha với X2 - ϕ>0 : X1 nhanh pha hơn X2 - ϕ ... : - Tần số fx đưa vào trục Y - Tần số fo đưa vào trục X - Trên OSC xuất đường sáng - Điều chỉnh tần số máy phát f0 để đường sáng ổn đònh - Đường sáng đứng yên tần số tín hiệu chuẩn f0 cần đo. .. đếm Số xung mà máy đếm : N = Tx/Tđo = k.To/Tx = k.fx/f0 N = fx Nếu thời gian đo Tđo có giá tri Tđo = 1s : Sai số phép đo nhỏ fx lớn lớn đo tần số thấp Để khắc phục sai số người ta đo tần số theo... đo tần số từ vài chục Hz đến vài trăm KHz với sai số từ (0,5 ÷ 1)% Sai số phụ thuộc vào độ xác phần tử độ nhạy phận thò cân cầu 7 Đo tần số Dao động ký : a Phương pháp thời gian (chu kỳ) : -